Zusammenfassung zeigen Zusammenfassung verbergen
Neue Labormessungen deuten darauf hin, dass eine Eisen-Wasserstoff‑Legierung unter extremem Druck und Hitze einen ungewöhnlichen Mischzustand annimmt: Eisen bleibt kristallin, während Wasserstoff durch das Gitter fließt. Diese Beobachtung, veröffentlicht in Nature Geoscience, könnte helfen, jahrelange Unstimmigkeiten in seismischen Messungen des Erdkerns zu erklären.
Wie ein Festkörper und zugleich eine Flüssigkeit
joe bonamassa live: unvergessliches konzert in cork
3,21 Prozent Festgeld bei SWK: attraktiver Zinsschub für 2 und 3 Jahre
Unter den Bedingungen im Erdinneren verlieren die gewohnten Definitionen von „fest“ und „flüssig“ an Trennschärfe. In sogenannten superionischen Phasen verbleibt das schwere Metall in einer festen Gitterstruktur, während leichtere Atome — etwa Wasserstoff — relativ frei durch die Anordnung wandern.
Solche Zustände hatten Simulationen bereits vorhergesagt. Bislang fehlten jedoch experimentelle Daten unter vergleichbaren Belastungen; die Kombination aus extremem Druck und hoher Temperatur stellt Labore vor große technische Hürden.
Laborversuch in Tokio: Druck, Laser und Röntgen
Ein Forscherteam in Tokio hat nun Eisenhydridproben in einer Diamantstempelzelle bis zu 110 Gigapascal komprimiert und mit Laserstrahlung auf Temperaturen über 2000 Kelvin erhitzt. Mittels Röntgenbeugung verfolgten sie Veränderungen im Kristallgitter.
Die Messkurve der thermischen Ausdehnung zeigte dabei ein markantes Verhalten: Bis etwa 1590 Kelvin nahm die Ausdehnung zu, darüber fiel sie plötzlich ab — die Darstellung ähnelt einem umgekehrten „V“. Solche Brüche im Verlauf treten typischerweise beim Übergang in eine superionische Phase auf. Die Autoren deuten dies als experimentelle Bestätigung, dass Eisenhydrid unter harten Bedingungen superionisch werden kann.
Elektrisches Feld offenbart langsame Wanderung
In einem zusätzlichen Versuch legten die Forschenden eine Spannung an die Kristalle an. Der Wasserstoff bewegte sich tatsächlich in Feldrichtung, allerdings deutlich träger als theoretisch erwartet.
Hochgerechnet ergab sich eine Zeitspanne, in der Wasserstoff die gesamte Tiefe des inneren Erdkerns durchqueren würde, die mehr als hundertmal länger wäre als das Alter der Erde. Daraus folgt: Der bei der Planetenbildung eingesperrte Wasserstoff würde praktisch dauerhaft dort verbleiben.
- Experimenteller Befund: Thermische Ausdehnung weist auf superionischen Übergang hin.
- Technik: Diamantstempelzelle + Laserheizung + Röntgenbeugung bei bis zu 110 GPa und >2000 K.
- Transportverhalten: Wasserstoff ist beweglich, aber sehr langsam — Traversierungszeiten >> Erdzeitalter.
- Geophysikalische Relevanz: Mobilität leichter Elemente könnte mechanische Eigenschaften des Kerns verändern und seismische Messungen beeinflussen.
Warum das für die Forschung heute wichtig ist
Seismische Untersuchungen zeigen seit langem, dass sich sekundäre Scherwellen im Kern langsamer ausbreiten als einfache Modelle vorhersagen. Wenn Legierungen durch bewegliche Wasserstoffatome „nachgiebiger“ werden, lässt sich eine Dämpfung seismischer Scherungen plausibel erklären.
Die Ergebnisse ergänzen damit numerische Studien und liefern erstmals reale Messdaten, die Modellannahmen über Zusammensetzung und Dynamik des Kerns konkretisieren. Das ist relevant für Fragen zur thermischen Entwicklung der Erde und zur Interpretation seismischer Daten — aktuell wichtige Themen in der Geowissenschaft.
Grenzen und offene Fragen
Wichtig bleibt die Einschränkung, dass die Experimente bei deutlich geringeren Drücken und Temperaturen stattfanden als im tatsächlichen inneren Kern (Druck >300 GPa, Temperaturen >6000 K). Die neue Studie liefert einen Baustein, ersetzt aber keine Direktmessung tief im Planeteninneren.
Unklar bleibt außerdem, wie andere leichte Elemente wie Sauerstoff oder Kohlenstoff das Verhalten verändern. Weitere Laboruntersuchungen bei höheren Belastungen und erweiterte Simulationen sind nötig, um die Befunde robust in Modelle zu integrieren.
Kurzfristige praktische Folgen haben die Messungen nicht — die Idee eines technisch nutzbaren „weißen Wasserstoffs“ wird dadurch nicht gestützt. Für die Geophysik eröffnen die Ergebnisse jedoch neue Erklärungsansätze und konkrete Messgrößen, an denen künftige Theorien geprüft werden können.
Die Studie ist ein Schritt hin zu einem realistischeren Bild des Erdkerns; die nächsten Jahre werden zeigen, wie weit sich dieses Bild noch verändern muss.
